7.4二项分布与超几何分布(学生版) 讲义-2021-2022学年人教A版(2019)高中数学选择性

二项分布与超几何分布一n重伯努利试验1．n重伯努利试验：将一个伯努利试验独立地重复进行n次所组成的随机试验称为n重伯努利试验．2．n重伯努利试验的共同特征：(1)同一个伯努利试验重复做n次．(2)各次试验的结果相互独立．注意点：在相同条件下，n重伯努利试验是有放回地抽样试验．二二项分布的推导二项分布：一般地，在n重伯努利试验中，设每次试验中事件A发生的概率为p(0<p<1)，用X表示事件A发生的次数，则X的分布列为P(X＝k)＝C k n p k(1－p)n－k，k＝0,1,2，…，n.如果随机变量X的分布列具有上式的形式，则称随机变量X服从二项分布，记作X～B(n，p)．注意点：(1)由二项式定理可知，二项分布的所有概率和为1.(2)两点分布与二项分布的关系：两点分布是只进行一次的二项分布．n重伯努利试验概率求法的三个步骤(1)判断：依据n重伯努利试验的特征，判断所给试验是否为n重伯努利试验．(2)分拆：判断所求事件是否需要分拆．(3)计算：就每个事件依据n重伯努利试验的概率公式求解，最后利用互斥事件概率加法公式计算．三二项分布的简单应用利用二项分布求解“至多”“至少”问题的概率，其实质是求在某一范围内的概率，一般转化为几个互斥事件发生的概率的和，或者利用对立事件求概率．四二项分布的均值与方差1．若X服从两点分布，则E(X)＝p，D(X)＝p(1－p)．2．若X～B(n，p)，则E(X)＝np，D(X)＝np(1－p)．解决此类问题第一步是判断随机变量X服从什么分布，第二步代入相应的公式求五二项分布的实际应用二项分布的实际应用类问题的求解步骤(1)根据题意设出随机变量；(2)分析随机变量服从二项分布；(3)求出参数n和p的值；(4)根据二项分布的均值、方差的计算公式求解．六二项分布的性质二项分布概率最大问题的求解思路七超几何分布超几何分布：一般地，假设一批产品共有N件，其中有M件次品，从N件产品中随机抽取n 件(不放回)，用X表示抽取的n件产品中的次品数，则X的分布列为P(X＝k)＝C k M C n－kN－MC n N，k＝m，m＋1，m＋2，…，r.其中n，N，M∈N*，M≤N，n≤N，m＝max{0，n－N＋M}，r＝min{n，M}．如果随机变量X的分布列具有上式的形式，那么称随机变量X服从超几何分布．注意点：(1)在超几何分布的模型中，“任取n件”应理解为“不放回地一次取一件，连续取n件”．(2)超几何分布的特点：①不放回抽样；②考察对象分两类；③实质是古典概型．八超几何分布的概率超几何分布的概率计算公式给出了求解这类问题的方法，可以直接运用公式求解，但是不能机械地记忆公式，要在理解公式意义的前提下进行记忆．九、超几何分布的分布列求超几何分布的分布列的步骤十超几何分布的均值求超几何分布均值的步骤(1)验证随机变量服从超几何分布，并确定参数N，M，n的值．(2)根据超几何分布的概率计算公式计算出随机变量取每一个值时的概率．(3)利用均值公式求解．十一、二项分布与超几何分布的区别与联系不放回抽样服从超几何分布，放回抽样服从二项分布，求均值可利用公式代入计算．十二超几何分布的综合应用超几何分布常应用在产品合格问题、球盒取球(两色)问题、男女生选举问题等，这类问题有一个共同特征，就是对每一个个体而言，只研究其相对的两种性质而不涉及其他性质，如产品的合格与不合格、球的红色与非红色、学生的性别等．考点一二项分布【例1】(2020·重庆市第七中学校高二月考)若随机变量14,2X B⎛⎫⎪⎝⎭～，则()21E X+=( )A．2B．3C．4D．5【练1】(2021·北京房山区·高二期末)已知某种药物对某种疾病的治愈率为34，现有3位患有该病的患者服用了这种药物，3位患者是否会被治愈是相互独立的，则恰有1位患者被治愈的概率为( )A．2764B．964C．364D．34考点二超几何分布【例2】(2020·全国高二单元测试)现对某高校16名篮球运动员在多次训练比赛中的得分进行统计，将每位运动员的平均成绩所得数据用频率分布直方图表示如下．(如：落在区间[10，15)内的频率/组距为0.0125)规定分数在[10，20)，[20，30)，[30，40)上的运动员分别为三级篮球运动员、二级篮球运动员、一级篮球运动员，现从这批篮球运动员中利用分层抽样的方法选出16名运动员作为该高校的篮球运动员代表．(1)求a的值和选出篮球运动员代表中一级运动员的人数；(2)若从篮球运动员代表中选出三人，求其中含有一级运动员人数X的分布列；(3)若从该校篮球运动员中有放回地选三人，求其中含有一级运动员人数Y的期望．【练2】(2020·辽宁沈阳市)在箱子中有10个小球，其中有3个红球，3个白球，4个黑球．从这10个球中任取3个．求：(1)取出的3个球中红球的个数为X ，求X 的数学期望；(2)取出的3个球中红球个数多于白球个数的概率．考点三 二项分布与超几何分布综合运用【例3】(2020·浙江台州市·高二期中)2020年五一期间，银泰百货举办了一次有奖促销活动，消费每超过600元(含600元)，均可抽奖一次，抽奖方案有两种，顾客只能选择其中的一种.方案一：从装有10个形状､大小完全相同的小球(其中红球2个，白球1个，黑球7个)的抽奖盒中，一次性摸出3个球其中奖规则为：若摸到2个红球和1个白球，享受免单优惠；若摸出2个红球和1个黑球则打5折；若摸出1个白球2个黑球，则打7折；其余情况不打折.方案二：从装有10个形状､大小完全相同的小球(其中红球3个，黑球7个)的抽奖盒中，有放回每次摸取1球，连摸3次，每摸到1次红球，立减200元.(1)若两个顾客均分别消费了600元，且均选择抽奖方案一，试求两位顾客均享受免单优惠的概率；(2)若某顾客消费恰好满1000元，试从概率角度比较该顾客选择哪一种抽奖方案更合算？【练3】(2020·甘肃省会宁县第四中学) 2.5PM 是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可吸入肺颗粒物.我国 2.5PM 标准采用世卫组织设定的最宽限值，即 2.5PM 日均值在35微克/立方米以下空气质量为一级；在35微克/立方米~75微克/立方米之间空气质量为二级；在75微克/立方米以上空气质量为超标，某试点城市环保局从该市市区2019年上半年每天的 2.5PM 监测数据中随机的抽取15天的数据作为样本，监测值如下茎叶图所示(十位为茎，个位为叶).(1)在这15天的 2.5PM日均监测数据中，求其中位数；(2)从这15天的数据中任取2天数据，记ξ表示抽到 2.5PM监测数据超标的天数，求ξ的分布列及数学期望；(3)以这15天的 2.5PM日均值来估计该市下一年的空气质量情况，则一年(按365天计算)中平均有多少天的空气质量达到一级或二级.练习答案1.（2021高二下·顺德期末）某射手每次射击击中目标的概率固定，他准备进行n（n∈N∗）次射击，设击中目标的次数记为X，已知P(X=1)=P(X=n−1)且E(X)=4，则D(X)=（）A.14B.12C.1D.22.（2021高二下·湖北期中）若离散型随机变量X~B(4,23)，则E(X)和D(X)分别为（）A.83，169B.83，89C.89，83D.169，833.（2021高二下·武功月考）由12名志愿者组成的医疗队中，有5名共产党员，现从中任选6人参加抗洪抢险，用随机变量X表示这6人中共产党员的人数，则下列概率中等于C53C73C126的是()A.P(X≤2)B.P(X＝2)C.P(X≤3)D.P(X＝3)4.（2021高二下·南海期末）有一批谷类种子，如果每1粒种子发芽的概率为12，那么插下3粒种子恰有2粒发芽的概率是（）A.38B.14C.18D.34)，则函数f(x)=x2+4x+ξ存5.（2021高二下·淄博期末）设随机变量ξ服从二项分布B(5,12在零点的概率是.6.（2021高二下·赣州期末）设随机变量X~N(3,σ2)，且P(X>1)=0.66，则P(X>5)=．7.（2021高二下·锦州期末）随机变量ξ~B(n,p)，若E(ξ)=30，D(ξ)=20，则n=.8.（2021·深圳模拟）重庆奉节县柑橘栽培始于汉代，历史悠久．奉节脐橙果皮中厚、脆而易剥，酸甜适度，汁多爽口，余味清香，荣获农业部优质水果、中国国际农业博览会金奖等荣誉．据统计，奉节脐橙的果实横径（单位：mm）服从正态分布N(80,52)，现任取10个奉节脐橙，设其果实横径在[75,90)的个数为X，则E(X)=．附：若X~N(u,σ2)，则P(μ−σ<X<μ+σ)=0.6827；P(μ−2σ<X<μ+2σ)=0.9545．9.（2021·肇庆模拟）为落实中央“坚持五育并举，全面发展素质教育，强化体育锻炼”的指示精神，小明和小亮两名同学每天利用课余时间进行羽毛球比赛.规定每一局比赛中获胜方记2分，失败方记0分，没有平局，谁先获得10分就获胜，比赛结束.假设每局比赛小.明获胜的概率都是23（1）求比赛结束时恰好打了7局的概率；（2）若现在是小明6：2的比分领先，记X表示结束比赛还需打的局数，求X的分布列及期望.10.（2021·滨州模拟）国家发展改革委、住房城乡建设部于2017年发布了《生活垃圾分类制度实施方案》，规定46个重点城市在2020年底实施生活垃圾强制分类，垃圾回收、利用率要达35%以上．截至2019年底，这46个重点城市生活垃圾分类的居民小区覆盖率已经接近70%．某市在实施垃圾分类之前，从本市人口数量在两万人左右的320个社区中随机抽取50个社区，对这50个社区某天产生的垃圾量（单位：吨）进行了调查，得到如下频数分布表，并将人口数量在两万人左右的社区产生的垃圾数量超过28（吨/天）的确定为“超标”社区：垃圾量X[12.5,15.5)[15.5,18.5)[18.5,21.5)[21.5,24.5)[24.5,27.5)[27.5,30.5)[30.5,33.5)频数56912864附：若随机变量X服从正态分布N(μ,σ2)，则P(μ−σ<X≤μ+σ)≈0.6827，P(μ−2σ<X≤μ+2σ)≈0.9545, P(μ−3σ<X≤μ+3σ)≈0.9974．（1）在频数分布表中，以各组的区间中点值代表该组的各个值，求这50个社区这一天产生的垃圾量的平均值x̅（精确到0.1）；（2）若该市人口数量在两万人左右的社区一天产生的垃圾量X大致服从正态分布N(μ,σ2)，其中μ，σ2分别近似为（1）中样本的平均值x̅，方差s2，经计算s约为5.2．请利用正态分布知识估计这320个社区一天中“超标”社区的个数；（3）通过研究样本原始数据发现，抽取的50个社区中这一天共有8个“超标”社区，市政府决定对这8个“超标”社区的垃圾来源进行跟踪调查，现计划在这8个“超标”社区中随机抽取5个进行跟踪调查，设Y为抽到的这一天产生的垃圾量至少为30.5吨的社区个数，求Y的分布列与数学期望．精讲答案【例1】【答案】D【解析】因为14,2X B⎛⎫⎪⎝⎭～，所以1422EX=⨯=，所以()21215E X EX+=+=.故选：D.【练1】【答案】B【解析】由已知3位患者被治愈是相互独立的，每位患者被治愈的概率为34，则不被治愈的概率为1 4所以3位患者中恰有1为患者被治愈的概率为12133194464P C⎛⎫⎛⎫=⨯⨯=⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭故选：B【例2】【答案】(1)a＝0.0250，4人；(2)答案见解析；(3)3 4 .【解析】(1)由频率分布直方图知：(0.0625＋0.0500＋0.0375＋a＋2×0.0125)×5＝1，∴a＝0.0250.其中为一级运动员的概率为(0.012 5＋0.037 5)×5＝0.25，∴选出篮球运动员代表中一级运动员为0.25×16＝4人．(2)由已知可得X的可能取值分别为0，1，2，3，P(X＝0)＝312316CC＝1128，P(X＝1)＝21243161C CC⋅＝3370，P(X＝2)＝24113162C CC⋅＝970，P(X＝3)＝34316CC＝1140，∴X 的分布列为 X123P1128 3370970 1140(3)由已知得Y ～B 1(3,)4，∴E (Y )＝np ＝3×14＝34，∴含有一级运动员人数Y 的期望为34.【练2】【答案】(1)910；(2)13.【解析】(1)取出的3个球中红球的个数为X ，可能取值为：0，1，2，3， 所以()37310350120p X C C===， ()2731016331120p X C C C===，()1731022132120p X C C C===，()3103313120p X C C===． 所以X 的数学期望()35632119012312012012012010E X =⨯+⨯+⨯+⨯=. (2)设“取出的3个球中红球个数多于白球个数”为事件A ，“恰好取出1个红球和2个黑球”为事件1A ，“恰好取出2个红球”为事件2A ，“恰好取出3个红球”为事件3A ，而()12341310320C C P A C ==，()()21372310217212040C C P A P X C =====，()()3037331013120C C P A P X C ⋅====， 所以取出的3个球中红球个数多于白球个数的概率为：()()()()123371120401203P A P A P A P A =++=++=． 【例3】 【答案】(1)114400；(2)选择第二种方案更合算. 【解析】(1)选择方案一若享受到免单优惠，则需要摸出三个红球，设顾客享受到免单优惠为事件A ，则()21213101120C C P A C ==， 所以两位顾客均享受到免单的概率为()()114400P P A P A =⋅=； (2)若选择方案一，设付款金额为X 元，则X 可能的取值为0、500、700、1000.()212131010120C C P X C ===，()21273107500120C C P X C ===， ()1217310770040C C P X C ===，()177911000112012040120P X ==---=.故X 的分布列为，X0 500 700 1000P1120 7120 740 91120所以()177910500700100091012012040120E X =⨯+⨯+⨯+⨯=(元). 若选择方案二，设摸到红球的个数为Y ，付款金额为Z ，则1000200Z Y =-，由已知可得3~3,10Y B ⎛⎫ ⎪⎝⎭，故()3931010E Y =⨯=，所以()()()10002001000200820E Z E Y E Y =-=-=(元). 因为()()E X E Z >，所以该顾客选择第二种抽奖方案更合算. 【练3】【答案】(1)45；(2)分布列见解析，45；(3)219. 【解析】(1)由茎叶图可得中位数是45. (2)依据条件，ξ服从超几何分布：其中15N =，6M =，2n =，ξ的可能值为0,1,2，()026921512035C C P C ξ===，()116921518135C C P C ξ===，()2069215512357C C P C ξ====，所以ξ的分布列为：ξ12P 1235183517()121814012353575E ξ=⨯+⨯+⨯=. (3)依题意可知，一年中每天空气质量达到一级或二级的概率为93=155P =， 一年中空气质量达到一级或二级的天数为η， 则3365,5B η⎛⎫ ⎪⎝⎭，33652195E η=⨯=，∴一年中平均有219天的空气质量达到一级或二级.练习答案1. 【答案】 D【考点】二项分布与n次独立重复试验的模型【解析】设某射手每次射击击中目标的概率为p(0<p<1)，由题意可得击中目标的次数记为X∼B(n,p)，因为P(X=1)=P(X=n−1)，所以C n1p(1−p)n−1=C n n−1p n−1(1−p)整理可得(1−p)n−2=p n−2，所以1−p=p可得：p=12，因为E(X)=np=12n=4，可得：n=8，所以D(X)=np(1−p)=8×12×(1−12)=2，故答案为：D.【分析】根据题意由X∼B(n,p)，利用二项分布的性质即可得出方程，由此求解出n和p 的值，从而计算出结果即可。